DE102011083986A1 - Schiff mit einem Antrieb mit Abwärmerückgewinnung - Google Patents

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Abstract

Schiff mit einem Antrieb mit Abwärmerückgewinnung, umfassend: – einen Motor zum Antrieb eines Schiffpropellers; – einen Wärmetauscher zur Übertragung von Abwärme des Motors an ein Arbeitsmittel zu dessen Verdampfung; – eine Dampfturbine zur Entspannung des verdampften Arbeitsmittels und zur Umwandlung von dessen Energie in mechanische Energie; – einen Generator zur Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie; wobei das Schiff eine Anlage zur Kälteerzeugung aufweist, die mittels der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie antreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Antrieb mit Abwärmerückgewinnung, umfassend einen Motor zum Antrieb eines Schiffpropellers, einen Wärmetauscher zur Übertragung von Abwärme des Motors an ein Arbeitsmittel zu dessen Verdampfung, eine Dampfturbine zur Entspannung des verdampften Arbeitsmittels und zur Umwandlung von dessen Energie in mechanische Energie und einen Generator zur Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie.
  • Ein derartiges Schiff ist aus der DE 10 2006 040 857 A1 bekannt. Große Frachtschiffe, beispielsweise Containerschiffe besitzen üblicherweise eine Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einen langsam laufenden Zweitakt-Dieselmotor zur Erzeugung von mechanischer Energie zum Antrieb einer Propellerwelle, die einen Schiffpropeller trägt. Elektrische Verbraucher an Bord des Schiffes werden mit elektrischer Energie versorgt, die von separaten Stromgeneratoren erzeugt wird. Um die Betriebskosten, insbesondere die Brennstoffkosten, zu senken und CO2-Emissionen zu reduzieren, wird die in den heißen Abgasen des Motors enthaltene Energie zurückgewonnen. Dazu ist ein Wärmetauscher vorgesehen, in dem die Abwärme der Abgase an ein Arbeitsmittel, z. B. Wasser, übertragen wird. Nach der Verdampfung des Arbeitsmittels wird dieses einer Dampfturbine zugeführt, die mit einem Generator gekoppelt ist, so dass die in dem heißen Abgas enthaltene Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Mit dieser elektrischen Energie können Verbraucher des Schiffes angetrieben werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiff mit einem Antrieb mit Abwärmerückgewinnung anzugeben, das besonders energiesparend und effizient betrieben werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Schiff der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es eine Anlage zur Kälteerzeugung aufweist, die mittels der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie antreibbar ist.
  • Schiffe mit Anlagen zur Kälteerzeugung benötigen besonders viel elektrische Energie, um die Ladung während des Transports zu kühlen. Bei herkömmlichen Schiffen wird daher ein beträchtlicher Teil der Motorleistung für den Antrieb eines Generators benötigt, alternativ kann ein derartiges Schiff zusätzlich zu einer Hauptmaschine weitere, separate Stromgeneratoren aufweisen, die im allgemeinen keinen besonders guten Wirkungsgrad aufweisen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schiff kann hingegen auf separate Stromgeneratoren weitestgehend oder sogar vollständig verzichtet werden, da das Schiff eine Anlage zur Kälteerzeugung aufweist, die mittels der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie antreibbar ist, wobei der Generator mit der Dampfturbine gekoppelt ist, der die Abgase des Motors, insbesondere des Zweitakt-Dieselmotors, zugeführt werden.
  • Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Schiff wenigstens einen mittels der Anlage zur Kälteerzeugung kühlbaren Tank zum Transport eines verflüssigten Gases aufweist. Verflüssigte Gase benötigen eine permanente Kühlung, um ein Verdampfen zu vermeiden. Dementsprechend ist der Energiebedarf zur Kühlung des Gastanks enorm. Bei dem erfindungsgemäßen Schiff kann die für die Kühlung des Gastanks benötigte Energie teilweise oder vollständig aus der Abwärme der Hauptmaschine gewonnen werden, so dass die in dem für die Hauptmaschine verwendeten Brennstoff enthaltene Energie zu einem größeren Teil genutzt werden kann.
  • Eine besonders zweckmäßige und energiesparende Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Anlage zur Kälteerzeugung bei einem erfindungsgemäßen Schiff zur Erzeugung einer Temperatur von näherungsweise –164°C bis –161°C ausgebildet ist. In diesem Fall kann mittels der Anlage zur Kälteerzeugung Flüssigerdgas (liquid natural gas, LNG) unter seinen Siedepunkt abgekühlt werden, so dass es in flüssiger Form vorliegt. In diesem flüssigen Zustand ist das Volumen des Gases gering, so dass es optimal per Schiff transportiert werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schiff wird es besonders bevorzugt, dass der Tank kugelförmig ausgebildet ist. Da das verflüssigte Gas mit geringem Überdruck transportiert wird, ist die Kugelform optimal, zudem ist die Kugelform vorteilhaft im Hinblick auf die erforderliche thermische Isolation.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und zeigt die wesentlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Schiffs.
  • Das in der Figur gezeigte Schiff 1 umfasst einen als Motor 2 ausgebildeten Antrieb, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Zweitakt-Dieselmotor, der über eine Welle 3 einen Schiffpropeller 4 antreibt.
  • Die in dem Abgas des Motors 2 enthaltene Abwärme wird an ein Arbeitsmittel übertragen, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Wasser als Arbeitsmittel verwendet. Ein Wärmetauscher 5 wird von dem Abgas des Motors 2 durchströmt, bevor es in die Umwelt gelangt. Der Wärmetauscher 5 wird von Wasser eines Niederdruck-Wasserdampfkreislaufs 6 und von Wasser eines Hochdruck-Wasserdampfkreislaufs 7 durchströmt. Durch die Übertragung von Wärme des Abgases an das Wasser wird dieses in den Wasserdampfkreisläufen 6, 7 verdampft. Anschließend wird der Wasserdampf der Niederdruckseite beziehungsweise der Hochdruckseite einer Dampfturbine 8 zugeführt. In der Dampfturbine 8 wird der Wasserdampf entspannt und seine Energie wird in mechanische Energie umgewandelt. Die Dampfturbine 8 ist mit einem Generator 9 gekoppelt, in dem die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
  • Der in der Dampfturbine 8 entspannte Wasserdampf wird anschließend in einem Kondensator 10 kondensiert und wieder dem Wärmetauscher 5 zugeführt.
  • An den Generator 9 ist eine Anlage zur Kälteerzeugung 11 angeschlossen, die somit durch den von dem Generator 9 erzeugten elektrischen Strom angetrieben wird.
  • Das Schiff 1 umfasst mehrere Tanks 12, die kugelförmig ausgebildet sind und außenseitig mit einem Isoliermaterial 13 umgeben sind. Die Tanks 12 sind für den Transport von Flüssigerdgas, das auch als liquid natural gas (LNG) bezeichnet wird, geeignet. Die Anlage zur Kälteerzeugung 11 ist in der Lage, den Inhalt der Tanks 12 auf eine Temperatur von etwa –164°C bis –161°C zu kühlen, so dass das LNG im flüssigen Aggregatzustand transportiert werden kann.
  • In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel bezieht die Anlage zur Kälteerzeugung 11 ihre Energie ausschließlich von dem Generator 9, der mit der Dampfturbine 8 gekoppelt ist, die zumindest indirekt durch Abgase des Motors 2 angetrieben wird. Es sind allerdings auch andere Ausführungen denkbar, bei denen der Anlage zur Kälteerzeugung auch Energie einer anderen Quelle zugeführt wird, beispielsweise der von einem Stromgenerator erzeugte elektrische Strom. Allerdings kann durch die Nutzung der in dem Abgas des Motors 2 enthaltenen Energie die zur Kühlung des Tanks 12 benötigte Energie beträchtlich verringert werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006040857 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Schiff mit einem Antrieb mit Abwärmerückgewinnung, umfassend: – einen Motor zum Antrieb eines Schiffpropellers; – einen Wärmetauscher zur Übertragung von Abwärme des Motors an ein Arbeitsmittel zu dessen Verdampfung; – eine Dampfturbine zur Entspannung des verdampften Arbeitsmittels und zur Umwandlung von dessen Energie in mechanische Energie; – einen Generator zur Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie; dadurch gekennzeichnet, dass das Schiff (1) eine Anlage zur Kälteerzeugung (11) aufweist, die mittels der von dem Generator (9) erzeugten elektrischen Energie antreibbar ist.
  2. Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens einen mittels der Anlage zur Kälteerzeugung (11) kühlbaren Tank (12) zum Transport eines verflüssigten Gases aufweist.
  3. Schiff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Kälteerzeugung (11) zur Erzeugung einer Temperatur von näherungsweise –164 °C bis –161 °C ausgebildet ist.
  4. Schiff nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (12) kugelförmig ausgebildet ist.
  5. Schiff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (12) zum Transport von Flüssigerdgas (liquid natural gas, LNG) geeignet ist.
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